基于熵權(quán)模糊綜合評價(jià)法的寧波舟山港大榭港區(qū)溢油事故環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估

尤曉光 陳明波

【摘 要】 為防范港口溢油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)水生態(tài)安全，構(gòu)建熵權(quán)模糊綜合評價(jià)模型對港區(qū)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估方法和應(yīng)用進(jìn)行研究，并運(yùn)用熵權(quán)法確定權(quán)重，評估寧波舟山港大榭港區(qū)的溢油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)水平。結(jié)果表明，該港區(qū)溢油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較低，主要風(fēng)險(xiǎn)因素是船舶類型、能見度和大風(fēng)。

【關(guān)鍵詞】 寧波舟山港;大榭港區(qū);溢油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn);熵權(quán)法;評價(jià)指標(biāo)

0 引 言

隨著一系列重大海洋工程的建設(shè)，我國海域油田井噴、油船碰撞造成的突發(fā)性溢油事故時(shí)有發(fā)生。研究導(dǎo)致船舶溢油的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，對于降低溢油風(fēng)險(xiǎn)、保護(hù)我國水生態(tài)安全、促進(jìn)港口可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。我國已開始將風(fēng)險(xiǎn)管理理念引入到溢油危害防控領(lǐng)域，但在事故預(yù)防研究方面仍顯不足，亟待開展突發(fā)溢油事故的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防研究工作。

寧波舟山港是我國長三角及長江沿線地區(qū)煤炭、原油和鐵礦石運(yùn)輸?shù)闹修D(zhuǎn)基地，其中原油是其主要中轉(zhuǎn)貨物。隨著油品儲(chǔ)運(yùn)基地的建設(shè)，未來港區(qū)油品的吞吐量將會(huì)進(jìn)一步增長，船舶流量也將不斷加大，各種潛在風(fēng)險(xiǎn)隨之增加。[1] 舟山群島水域是國家“六區(qū)一線”重點(diǎn)水域，眾多的島礁、復(fù)雜的通航環(huán)境、高密度的船舶流、頻繁的商漁船交會(huì)，再加上濃霧等能見度不良天氣多發(fā)，極易出現(xiàn)事故險(xiǎn)情。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010―2019年寧波舟山港海域在能見度不良?xì)庀髼l件下共發(fā)生水上交通事故39起、沉船20艘，大風(fēng)天氣期間發(fā)生水上交通事故43起、沉船17艘。船舶在運(yùn)輸及碼頭裝卸過程中一旦發(fā)生原油泄漏、擴(kuò)散或火災(zāi)爆炸等事故，不僅會(huì)造成重大財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡，還將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，并有可能導(dǎo)致航道阻塞。溢油事故不但會(huì)造成附近水域、濕地、自然保護(hù)區(qū)的污染，還可能威脅下游飲用水安全和生態(tài)安全。

本研究選擇寧波舟山港大榭港區(qū)作為研究對象，采用熵權(quán)模糊評價(jià)法對其進(jìn)行溢油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，探討港區(qū)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、評價(jià)模型構(gòu)建、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)防等問題。

1 港區(qū)基本情況

大榭港區(qū)位于我國海岸線中段的大榭島，屬亞熱帶季風(fēng)氣候地區(qū)，四季分明。附近海域多年平均氣溫17.2℃，累年極端最高氣溫40.5℃，累年極端最低氣溫 5.7℃，累年最高月平均氣溫33.4℃，累年最低月平均氣溫1.7℃。北侖氣象站1995―2005年統(tǒng)計(jì)資料顯示：區(qū)域常風(fēng)多為東南向、南向，統(tǒng)計(jì)頻率均為9%，次常風(fēng)多為北向、西北向，統(tǒng)計(jì)頻率均為8%;強(qiáng)風(fēng)多為北向、西北向，最大風(fēng)速分別為24 m/s、22 m/s，次強(qiáng)風(fēng)多為東向、東南偏東向，最大風(fēng)速均為20 m/s。多年平均霧日數(shù)38.1 d，累年最多霧日數(shù)49 d，累年最少霧日數(shù)20 d。潮汐性質(zhì)屬于不規(guī)則半日淺海潮。

近年來大榭港區(qū)貨物吞吐量快速增長，到港貨船也隨之增多。2015年大榭港區(qū)到港貨船大約為艘，2017年增長至艘，比2015年增長了73.9%，到港艘次增長較快的船舶類型主要是油船、化學(xué)品船和其他貨船。大榭港區(qū)到港船舶以油船、散裝化學(xué)品船和集裝箱船為主，約占到港船舶總量的64%。從船舶規(guī)模看，2017年100 ～ 499噸級到港船舶數(shù)量較2015年增長艘次， ～ 噸級到港船舶增長艘次，分別占增長總量的37.8%和39%，到港船舶主要是油船和化工品船。大榭港區(qū)到港的油船、液化氣船、化學(xué)品船以小型船舶為主，噸級以下船舶到港艘次，占小型到港船舶總量的76.8%;到港集裝箱船以大型船舶為主，1萬噸級以上船舶到港艘次，占大型到港船舶總量的55.8%。

2 熵權(quán)模糊綜合評價(jià)模型的構(gòu)建

2.1 建立因素集

因素集是指以評價(jià)系統(tǒng)中影響評判的各種因素為元素形成的集合。本研究中的各種因素，即風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中的各評價(jià)指標(biāo)。根據(jù)評估對象確定相應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)體系，并由此來確定評價(jià)因素集。設(shè)有一個(gè)評價(jià)因素集U，評價(jià)m個(gè)評價(jià)指標(biāo)，則其因素集為U={U1，U2，…，Um}。本研究中選取船舶類型（U1）、能見度（U2）、大風(fēng)（U3）、流速（U4）、交通密度（U5）、導(dǎo)助航條件（U6）、救援水平（U7）等7個(gè)指標(biāo)作為反映港口環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)水平的主要指標(biāo)。

由U1～U7組成的集合，即是評判港口環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)水平的因素集。

2.2 構(gòu)建評價(jià)集

將評估對象的可能結(jié)果劃分為n個(gè)等級，則評價(jià)集V={V1，V2，…，Vn}。將每一個(gè)評價(jià)指標(biāo)的結(jié)果劃分為5個(gè)等級，可構(gòu)建環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)集為V={V1，V2，…，V5}。

2.3 單因素模糊評估

單獨(dú)從一個(gè)因素出發(fā)，以確定評估對象對評價(jià)集的隸屬程度（可能性程度），稱為單因素模糊評估。

設(shè)對因素集U中第i個(gè)因素Ui進(jìn)行評判，評價(jià)集V中第j個(gè)元素Vi的隸屬程度為rij，則按第i個(gè)因素Ui的評判結(jié)果，可用模糊集合Ri={ri1，ri2，…，rin}。

將各因素評價(jià)集的隸屬度組成矩陣，形成評判矩陣。

2.4 建立權(quán)重集

運(yùn)用熵權(quán)法確定權(quán)重。信息論將熵解釋為系統(tǒng)無序程度的一種度量，熵值越小，系統(tǒng)無序程度越小，評價(jià)指標(biāo)在綜合評估中起到的作用越大，其權(quán)重也越大;反之，熵值越大，指標(biāo)權(quán)重就越小。熵權(quán)法按照各指標(biāo)的變異程度，通過計(jì)算各指標(biāo)的熵值，確定權(quán)重大小。

一般來說，因素集U中不同評價(jià)指標(biāo)對環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的影響程度不同，各評價(jià)指標(biāo)的重要程度不同，影響到港口的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理和決策中的關(guān)注程度。為反映各指標(biāo)的重要程度，對各指標(biāo)賦予相應(yīng)的權(quán)重wi，由各權(quán)重所組成的集合W={w1，w2，…，wn}，W成為因數(shù)權(quán)重集，簡稱權(quán)重集。各權(quán)重wi應(yīng)滿足歸一性和非負(fù)性條件 wi=1、wi≥0，可視為各評價(jià)指標(biāo)Ui對“重要性”的隸屬度，因此權(quán)重集是因素集上的模糊子集。

根據(jù)熵權(quán)法基本原理，計(jì)算各指標(biāo)Ui的信息熵值ai。

再根據(jù)各指標(biāo)的信息熵值計(jì)算其權(quán)重wi。

港口環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的各評價(jià)因子對影響環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的程度不同，可以根據(jù)其權(quán)重得到更合理的加權(quán)矩陣。指標(biāo)的熵越大，其熵權(quán)越小，該指標(biāo)越不重要。

2.5 熵權(quán)模糊綜合評價(jià)

單因素模糊評估，僅反映了一個(gè)評價(jià)指標(biāo)對評價(jià)對象的影響。要綜合考慮所有評價(jià)指標(biāo)的影響，得到更合理的評價(jià)結(jié)果，即模糊綜合評價(jià)。對于給出的評價(jià)矩陣R，考慮各因素的重要程度，即給定隸屬度函數(shù)值或權(quán)重集W，則模糊評價(jià)模型為

3 溢油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系

溢油風(fēng)險(xiǎn)評估首先應(yīng)根據(jù)事故類型及油品碼頭實(shí)際情況，分析歷年事故或險(xiǎn)情發(fā)生的原因，確定溢油事故影響因素。結(jié)合舟山港域及長江口其他港區(qū)歷史事故調(diào)研資料及相關(guān)文獻(xiàn)，港區(qū)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域包括陸域、港池或碼頭前沿、水域（包括航道、錨地），溢油事故類型包括油品管道泄漏、儲(chǔ)罐泄漏、儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸、碼頭裝卸作業(yè)油品泄漏、碼頭火災(zāi)、水域溢油、水域火災(zāi)爆炸等。[2]港區(qū)溢油環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及溢油事故原因見表1。

船舶溢油事件主要涉及船舶類型、氣象、環(huán)境、人為等4個(gè)因素。本文根據(jù)各因素設(shè)計(jì)溢油事故主要評價(jià)指標(biāo)，選取船舶類型、船舶噸位、船齡、油品裝卸量、能見度、大風(fēng)、流速、導(dǎo)助航條件、船員及管理人員技能和經(jīng)驗(yàn)水平、應(yīng)急救援水平等10個(gè)因素作為備選指標(biāo)，各評價(jià)指標(biāo)見表2。

依據(jù)各指標(biāo)統(tǒng)計(jì)資料，由科研院所、海事部門、航運(yùn)企業(yè)等16位專家確定各指標(biāo)的敏感度和風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)等級。

利用敏感度對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行初篩。敏感度代表特定評價(jià)指標(biāo)的變化對環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的敏感程度。根據(jù)專家調(diào)查結(jié)果，評價(jià)指標(biāo)“船舶噸位”“船齡”“船員及管理人員技能和經(jīng)驗(yàn)水平”被初步確定為對環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生“不敏感”。表1中的船舶類型、油品裝卸量、能見度、大風(fēng)、流速、導(dǎo)助航條件、救援水平等7個(gè)因素作為最終評價(jià)指標(biāo)。

4 大榭港區(qū)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估

根據(jù)上述評價(jià)指標(biāo)體系，確定評價(jià)因素由7個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)組成，即U={U1，U2，…，U7}={船舶類型，油品裝卸量，能見度，大風(fēng)，流速，導(dǎo)助航條件，應(yīng)急救援水平}。將每一個(gè)評價(jià)指標(biāo)的結(jié)果劃分為5個(gè)等級，可構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)集為V={V1，V2，…，V5}={低，較低，中等，較高，高}。

專家評價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)情況見表3。

將表3中的調(diào)查結(jié)果經(jīng)過歸一化處理得到各指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級的隸屬度值，可得模糊關(guān)系矩陣R。

由式（2）和（3）計(jì)算各指標(biāo)的熵值ai和權(quán)重wi，結(jié)果見表4。

再由式（4）進(jìn)行模糊綜合評價(jià)得：

按最大隸屬度原則，評價(jià)結(jié)果表明：大榭港區(qū)溢油風(fēng)險(xiǎn)度為“較低”。參照評價(jià)指標(biāo)值，主要風(fēng)險(xiǎn)因素為船舶類型、能見度和大風(fēng)。

5 結(jié) 語

寧波舟山港已成為全國重要的石油及化工品中轉(zhuǎn)儲(chǔ)備物流基地，現(xiàn)有油品總庫容量達(dá)萬m3，油品年吞吐量超過萬t，是我國重要的戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備基地。據(jù)附近海域海事局統(tǒng)計(jì)資料，“能見度”和“大風(fēng)”是影響水上交通安全的首要因素，特別是能見度不良條件下的交通安全風(fēng)險(xiǎn)最大。本研究評價(jià)結(jié)果與上述實(shí)際情況基本相符，說明基于熵權(quán)的模糊綜合評價(jià)法對港區(qū)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估有較好的適用性。評估結(jié)果表明：應(yīng)合理規(guī)劃油品碼頭布局，優(yōu)化油品船舶比例;此外，還要提高監(jiān)管和應(yīng)急救援能力，在能見度不良及大風(fēng)天氣時(shí)盡可能減少人為因素對水上交通安全和環(huán)境安全的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鮑子谷，謝偉.油品碼頭規(guī)劃中的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[J].水運(yùn)管理，2017（5）：15-17.

[2] 佟馨，江福才，郭顏斌，等.長江航道航行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[J].上海海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2017（4）：32-36.